В автомобильных двигателях в качестве топлива используется
бензин-продукт переработки нефти. Бензин- высококалорийное топливо, его
теплотворность 10 500-11 000 больших калорий
Для ускорения горения топливо предварительно распыливают и испаряют
Смесь паров бензина с необходимым для сгорания количеством воздуха
называется горючей смесью.
Теплотворностью топлива называется количество
тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 кг данного топлива. Большая
калория - количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг воды на 1
градус.
Процесс приготовления горючей смеси, состоящий из распиливания и
испарения топлива, а также смешивания его с воздухом в определенной
пропорции, называется карбюрацией, а прибор, приготовляющий горючую
смесь, - карбюратором.
Горючая смесь, поступающая в цилиндр двигателя, смешивается в цилиндре с
остатками продуктов сгорания (отработавшими газами), так как полностью
удалить продукты сгорания из цилиндра невозможно.
Таким образом, перед тактом сжатия в цилиндре находится рабочая смесь,
состоящая из горючей смеси, приготовленной в карбюраторе, и небольшого
количества остаточных продуктов сгорания.
При нормальном горении рабочей смеси пламя распространяется от источника
воспламенения - электрической искры - в камере сгорания со скоростью
20-30 м/сек, что обеспечивает относительно постепенное нарастание
давления газов на поршень и стенки цилиндра двигателя.
Однако при некоторых условиях характер горения рабочей смеси может резко
измениться Иногда скорость распространения пламени значительно
увеличивается и достигает 2000 м сек и более, при этом горение смеси
имеет характер взрыва. В таких случаях нарастание давления газов в
цилиндре двигателя происходит мгновенно Такое горение рабочей смеси
называется детонационным горением или детонацией.
Возникающая при детонации взрывная ударная волна создает ударные
нагрузки в кривошипно-шатунном механизме, что приводит к усиленному
износу, а нередко и к поломкам отдельных деталей.
Особенно значительной нагрузке при детонации подвергаются поршни,
поршневые пальцы и подшипники коленчатого
вала.
Детонация сопровождается звонкими металлическими стуками, перегревом
двигателя, снижением мощности, повышением расхода топлива и появлением
черного дыма из глушителя.
Основными причинами детонации являются:
1) физико-химические свойства топлива, склонного к детонации или
несоответствие топлива степени сжатия двигателя;
2) перегрев двига1еля;
3) отложение большого количества нагара в камере сгорания;
4) слишком раннее зажигание рабочей смеси.
Следует отличать детонационное горение рабочей смеси от ее
самовоспламенения внешние признаки которых практически одинаковы.
При самовоспламенении рабочая смесь преждевременно воспламеняется от
сильно нагретых деталей двигателя или от раскаленного нагара но горение
протекает с нормальной скоростью. При самовоспламенении рабочей смеси
двигатель работает некоторое время и после выключения зажигания, что не
наблюдается
при детонационном горении смеси.
Следует иметь в виду, что при определенных условиях самовоспламенение
рабочей смеси переходит в детонацию.
Во избежание детонации необходимо применять для двигателей с высокими
степенями сжатия бензин с высоким октановым числом.
Стойкость топлива против детонации оценивают условным, так называемым
октановым числом.
Отечественная нефтяная промышленность производит в настоящее время
автомобильные бензины с октановыми числами 66, 70 и 74 (марки А-66, А-70
и А-74). Бензин марки А-66 рекомендуется для автомобиля <Москвич>, марки
А-70 для автомобилей М-20 <Победа> и ЗИМ, а марки А-74 для автомобиля
ЗИС-110.
При использовании бензина, имеющего более низкое октановое число, чем
требуется для данного двигателя, следует установить более позднее
зажигание смеси. Однако мощность и экономичность двигателя при этом
несколько снижаются.
Для повышения октанового числа бензина к нему добавляют антидетонаторы,
из которых преимущественное распространение имеет этиловая жидкость.
Бензин, содержащий этиловую жидкость в количестве 1,5-2 см3 на 1 кг
бензина, называется этилированным. Для отличия от обычного этилированный
бензин окрашивают в красноватый цвет.
Кроме октанового числа, бензин характеризуется удельным весом,
испаряемостью, содержанием химических и механических примесей,
содержанием смол и воды.
Удельный вес автомобильного бензина, определяемый по ареометру,
колеблется в пределах 0,70-0,76 г/см3.
Испаряемость бензина может быть определена путем нанесения капли бензина
на фильтровальную бумагу, - если капля быстро высыхает и на бумаге не
остается жирного пятна, испаряемость бензина хорошая.
Установить содержание в бензине воды и механических примесей можно
способом фильтрования бензина через замшу, хорошо задерживающую эти
примеси.
Содержание смолы можно определить, сжигая несколько капель бензина,
например, на вогнутом стекле: чем больше размеры остающегося на стекле
смолянистого круга, тем больше в бензине смолы.
Точный анализ и оценку качества бензина можно получить только
лабораторным путем.
При заправке бака автомобиля бензином следует соблюдать все правила
пожарной безопасности: не курить, не зажигать спичек и т. п. Следует
помнить, что в пустых или почти густых бензиновых баках и резервуарах
скапливаются пары бензина в смеси с воздухом, легко воспламеняющиеся от
открытого пламени или при случайном появлении искры.
Заправлять бак лучше всего из бензораздаточной колонки. При заправке
бензина из бачка следует пользоваться воронкой и ведром с носиком;
бензин надо заливать в бак через частую металлическую сетку или через
замшу.
I еобходимо предохранить от воздействия бензина окраску кузога
автомобиля, его резиновые детали, особенно покрышки шин.
Особую осторожность следует соблюдать при обращении с этилированным
бензином. В этиловой жидкости содержится сильнейший яд -
тетраэтилсвинец. Попадая на кожу и в дыхательные пути человека,
тетраэтилсвинец вызывает тяжелые поражения нервной системы и приводит к
общему отравлению организма.
При случайном попадании этилированного бензина на руки следует протереть
их тканью, смоченной в керосине, а затем хорошо вымыть мылом в теплой
воде. Ни в коем случае нельзя отсасывать этилированный бензин ртом с
помощью шланга, продувать ртом детали карбюратора и бензопроводы, а
также мыть руки бензином.
При сгорании рабочей смеси тетраэтилсвинец выпадает в виде серо-желтого
налета на деталях двигателя, соприкасающихся с продуктами сгорания
(клапанах, поршнях, свечах и головке блока цилиндров) При разборке
двигателя необходимо предварительно с помощью кисти тщательно промыть
указанные детали керосином, только после этого их можно брать руками.
Выше уже отмечалось, что горючей смесью называется смесь паров бензина с
воздухом, взятых в определенной пропорции. Для полного сгорания одной
весовой части бензина необходимо 15 весовых частей воздуха. Такая
горючая смесь называется теоретической или нормальной. В действительных
условиях работы двигателя для его питания необходима горючая смесь
несколько иного состава.
При уменьшении содержания воздуха в горючей смеси до 13 весовых частей
на 1 весовую часть бензина получают так называемую обогащенную или
мощностную смесь. Обогащенная смесь горит быстрее нормальной смеси,
вследствие чего двигатель развивает большую мощность.
При дальнейшем уменьшении содержания воздуха в горючей смеси до 12 и
менее весовых частей на 1 весовую часть бензина получают так называемую
богатую смесь, которая горит медленно и сгорает неполностью. При
содержании в смеси 6 весовых частей воздуха на 1 весовую часть бензина
смесь не воспламеняется.
При увеличении содержания воздуха в горючей смеси до 18 весовых частей
на 1 весовую часть бензина получают так называемую обедненную или
экономичную смесь. При работе на обедненной смеси двигатель хотя и не
развивает наибольшей мощности, но работает наиболее экономично и общий
расход топлива снижается в среднем на 8-10%.
При приготовлении смеси и наличия в данной смеси от 18 и более весовых
частей воздуха на 1 весовую часть бензина получают так называемую бедную
смесь, которая горит особенно медленно.
При содержании в смеси 22 весовых частей воздуха на 1 весовую часть
бензина смесь не воспламеняется
При работе на богатой смеси наблюдаются сильный перегрев и снижение
мощности двигателя, а выход отработавших газов из глушителя
сопровождается <выстрелами>; при этом выходящие газы имеют черный цвет.
Указанные явления объясняются тем, что богатая рабочая смесь горит
медленно, поэтому давление в цилиндрах нарастает недостаточно быстро,
мощность двигателя падает. При медленном горении смеси горячие газы на
всем протяжении рабочего хода поршня соприкасаются со стенками цилиндра,
поэтому двигатель перегревается.
Так как в богатой смеси содержание кислорода для сгорания всего
количества топлива недостаточно, то происходит неполное его сгорание и
часть топлива выбрасывается в глушитель. При выходе из глушителя горячие
отработавшие газы, содержащие несгоревшее топливо, встречается с
кислородом воздуха и топливо сгорает с <выстрелом>. Черный цвет
отработавших газов объясняется наличием в них частиц несгоревшего
углерода (сажи) топлива.
При работе на бедной смеси наблюдаются сильный перегрев и снижение
мощности двигателя, а также вспышки - <чихание> в карбюраторе.
Перегрев и снижение мощности двигателя объясняются, так же как и в
предыдущем случае, медленным горением смеси. Горение бедной смеси
продолжается при такте выпуска, а к началу такта впуска, когда новая
порция горючей смеси поступает в цилиндр через открывшийся впускной
клапан, горючая смесь, встречаясь с догорающими продуктами сгорания,
воспламеняется и пламя перебрасывается во впускную трубу и карбюратор.
Вспышки (<чихание>) в карбюраторе могут вызвать воспламенение бензина в
карбюраторе и пожар на автомобиле, поэтому работа двигателя на
переобедненной смеси опасна и недопустима.
Таким образом, практически рабочий цикл двигателя протекает нормально
только при сгорании в цилиндрах обедненной или обогащенной горючей
смеси.
Горючая смесь считается подготовленной к сгоранию в цилиндре двигателя,
если она удовлетворяет следующим требованиям:
1) топливо должно находиться в смеси в мелкораздробленном и испаренном
состоянии;
2) смесь должна быть однородной, т. е. топливо равномерно распределено в
воздухе;
3) состав смеси (т. е. соотношение весов топлива и воздуха) должен
обеспечивать нормальное протекание процесса горения
В дальнейшем мы неоднократно будем пользоваться термином режим работы
двигателя, поэтому разъясним смысл и дадим определение этого понятия.
Мощность двигателя определяется количеством горючей смеси, поступающей в
его цилиндры при такте впуска, и скоростью вращения коленчатого вала (т.
е. числом рабочих ходов поршня в единицу времени). Чем больше наполнение
цилиндров смесью и чем быстрее вращается коленчатый вал, тем больше, при
прочих равных условиях, мощность двигателя.
Количество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, регулируется
положением дроссельной заслонки карбюратора. Очевидно, что при любой
скорости вращения коленчатого вала двигатель может развить наибольшую
мощность только при полном открытии дроссельной заслонки. При всяком
другом положении заслонки двигатель будет развивать меньшую мощность.
Отношение мощности двигателя при данном открытии дроссельной заслонки к
мощности при полном открытии заслонки и постоянном числе оборотов
коленчатого вала в минуту называется нагрузкой двигателя и выражается
обычно в процентах.
Любое сочетание нагрузки двигателя и числа оборотов коленчатого вала в
минуту в данный момент называется режимом работы двигателя.
